JPH0277630A - 半導体レーザの発振周波数安定化方法及び装置 - Google Patents

半導体レーザの発振周波数安定化方法及び装置

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JPH0277630A
JPH0277630A JP22852588A JP22852588A JPH0277630A JP H0277630 A JPH0277630 A JP H0277630A JP 22852588 A JP22852588 A JP 22852588A JP 22852588 A JP22852588 A JP 22852588A JP H0277630 A JPH0277630 A JP H0277630A
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(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概   要 光FDM伝送方式に適した、光干渉計及びそれを使用し
た半導体レーザの発振周波数安定化方法に関し、 温度変化による干渉スペクトルの変化が著しくない光干
渉計の提供を目的とし、 温度変化に対する屈折率の変化の係数が負の値である光
学媒質を用いて光干渉計を構成する。
産業上の利用分野 本発明は、光FDM伝送方式に適した、光干渉計及びそ
れを使用した半導体レーザの発振周波数安定化方法に関
する。
光ファイバを伝送路とする光通信又は光伝送の分野にお
いて、単一伝送路光たりの伝送容量を増大するためには
、波長分割多重(WDM)伝送方式が有効である。近年
、DFBレーザ等の狭線幅な単一縦モードスペクトルを
有する半導体レーザ(LD)が開発されたことに伴い、
高密度なWDM伝送が可能となった。高密度化を進め波
長間隔がIA以下になると、波長間隔を周波数間隔とし
てとらえた方が理解しやすいので、本願明細書中では光
信号を数GHz乃至数十GHzの周波数間隔で多重化し
て伝送する方式を特に光周波数分割多重(光FDM)伝
送方式と称することにする。この方式の実施に際して送
信側光源に要求されることは、前述したように発振スペ
クトルが狭線幅な単−縦モードであること及びその中心
周波数が経時的に安定していることである。本発明はこ
れらのうち後者の要求に応するものである。
従来の技術 第7図は光FDM伝送方式の説明図である。光送信機3
1−a、b、c、・・・から出力された周波数がそれぞ
れf、、  f、、  fc、・・・の出射光は、合成
されて光伝送路82゛に送出される。光伝送路82によ
り伝送された光FDM信号光は、光タップ83.84に
よって分岐されて複数の端末の光受信機85,86.・
・・で受信される。
第8図は一般的な光受信機の構成側説明図であって、(
a)はコヒーレント光通信方式におけるヘテロゲイン又
はホモダイン検波方式、ら)は通常の直接検波方式を示
すものである。(a)において光伝送路91により伝送
された光FDM信号光及び局部発振光源92からの局部
発振光は、混合器93で混合されてフォトダイオード等
の光検波器94に入射される。このとき、各光FDM信
号光の信号成分は、光検波器94の二乗特性によって各
信号光の周波数と局部発振光の周波数との差の周波数(
例えば数GHz)の中間周波信号(ヘテロゲイン検波の
場合)として取り出されるから、局部発振光の周波数を
変化させてチューニングすることによって、帯域フィル
タ95においてそれぞれの多重信号成分に分離すること
ができる。この方式によれば、受信感度の向上を期待で
きるので、光伝送路における中継間隔の拡大もしくは中
継器数の削減又は分岐数の増大が可能となるばかりでな
く、高密度な周波数多重が期待できるので、光伝送路を
経済的に構成することが可能となる。一方、ら)におい
て、光伝送路101により伝送された光FDM信号光は
、高精度な光分波器102によって光の段階でそれぞれ
の信号光に分離され、分離された信号光は、それぞれ受
光素子103−’a、b。
C1・・・及び電気回路104−a、b、c、・・・に
よって各電気的な信号成分に変換される。この方式はそ
のまま通常の強度変調方式に適用することができ、光伝
送路の経済的な構成が可能になる。光分波器102とし
ては、例えばマツハツエンダ干渉計を用いてなるものが
使用される。
上述した光FDM伝送方式を実現するためには、送信側
で多数の光源を所定の周波数位置に安定化することが必
要となる。必要とされる周波数安定度は、周波数間隔の
1%程度である。このため、周波数間隔が5 GHz程
度であるとすれば、光源を50M)Iz程度の制度で安
定化する必要があり、光源を何らかの周波数基準に対し
て安定化する方法が用いられる。
第9図乃至第11図は、従来の周波数安定化方法を説明
するための図である。LDlllからの光は、光干渉計
112を介して受光器113により受光される。光干渉
計112は、例えば第10図に示すように、石英ブロッ
クの両端面を平行研磨し、研磨面に使用波長域で高反射
率を有する反射膜121.122を設けてなるファブリ
ペロ干渉計である。このような干渉計は第11図に示す
ように、光強度が周波数の変化に対して周期的に変化す
るような干渉スペクトルを有しているので、該スペクト
ルの適当な位置に発振周波数を安定化することができる
。即ち、例えば受光器113の出力電圧を制御回路11
4において適当な基準電源と比較する等により駆動回路
115を制御して、LDIIIの発振周波数を光干渉計
112の干渉スペクトルに対して安定化することができ
る。
発明が解決しようとする課題 第10図に示されるファブリペロ干渉計の光学媒質の屈
折率をn1共振器長を11光速をCとすると、共振ピー
クの周波数軸上での間@(フリースベクトルレンジ)F
SRは、 F S R= c / 2  n j!で表され、共振
器長がdβ変化したときの共振周波数の変化Δfは、光
の波長をλ。とすると、Δf=(、dR/λo/2n)
FSR となり、共振器長がλ。/ 2 n変化すると、FSR
に相当する周波数変化(例えばjl!=10mm、n=
1.5のときに、FSR=10GH2)  が生じる。
このためファブリペロ干渉計に多少なりとも温度変化が
与えられると、共振光路長が変化し、干渉スペクトルが
周波数軸上で著しくずれ、つまり、共振周波数が著しく
変化し、LDの発振周波数を一定周波数に安定化するこ
とが困難になるという問題を生ずる。
そこで、本発明は、温度変化による干渉スペクトルの変
化が著しくない光干渉計の提供を目的としている。
又、この光干渉計を使用してLDの発振周波数を安定化
することを目的としている。
課題を解決するための手段 光干渉計の光学媒質として使用する光学ガラスのなかに
は、その組成によって温度変化に対する屈折率の変化の
係数を負の値とすることができるものがあり、このよう
な光学媒質を用いて光干渉計を構成することによって、
一般に正の値である線熱膨張係数による干渉スペクトル
のずれを相殺して、光路長をほぼ一定に保つことができ
、温度に対して安定な周波数基準として使用することが
できる。
この光干渉計を使用してLDの発振周波数を安定化する
場合には、第1図(a)に示すように、LDIからの光
を光干渉計2に人力し、この光干渉計2で干渉して出力
された光を受光器3で受光しておき、同図(b)に示す
ように、LDIの発振周波数が光干渉計2の干渉スペク
トル4のピーク強度5又は所定強度6を与える周波数と
一致するように制御する。
作   用 光干渉計における光学媒質の屈折率をn1光路長く例え
ば共振器長)をlとするときに、温度(T)の変化に対
する共振光の波長λ0又は周波数νの変化の割合は、 のように表される。光学媒質の線熱膨張係数に相当する
al、/aTは一般に正の値を有するから、温度変化に
対する屈折率の変化の係数θn/θTを適当な負の値と
することによって、θl/θTを相殺して、光干渉計の
光路長変化を抑制することができ、その結果、温度変化
に対して安定な光干渉計を提供することができる。
このように本発明の光干渉計では、温度変化による干渉
スペクトルの周波数軸上でのずれが小さいから、第1図
に示すようにLDの発振周波数を干渉スペクトルに対し
て安定化することによって、高い発振周波数の安定度を
得ることができる。
尚、第1図に示される発振周波数安定化方法において、
LDの発振周波数が干渉スペクトルのピーク強度又は所
定強度を与える周波数と一致するように制御する、とし
ているのは、同期検波を用いて発振周波数がピーク強度
を与える周波数に一致するように制御する方法又は基準
電源を用いて発振周波数が所定強度を与える周波数に一
致するように制御する方法を想定しているからであり、
これについては実施例で詳しく説明する。
実  施  例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図は、本発明の詳細な説明するための、ファブリペ
ロ干渉計の具体的構成例を示す図である。同図(a)に
示されるバルク型の干渉計では、光ファイバ11から出
射された光をレンズ12により概略コリメート光とし、
このコリメート光を、光学媒質13とその人出射面に形
成された反射膜14.15とからなる光共振器に透過さ
せて、再びレンズ16により集束して光ファイバ17又
は図示しない受光素子に入射させるようにしている。
光学媒質13としては、例えばHOYA社製のガラスA
DCIを使用することができる。このガラスの線熱膨張
係数が一30℃〜+70℃の範囲において109 X 
10−’であり、温度変化に対する屈折率の変化の係数
が一20℃〜+20℃の範囲において−6,6X 10
−’/l:、+20℃〜+60℃の範囲に右いて−6,
5X 10−’/l:であるので、これらに伴う共振周
波数の変化を相殺することができ、温度変化に対する干
渉スペクトルの周波数軸上でのずれを小さくすることが
できる。
温度変化に対する屈折率の変化の係数が負の値であるガ
ラスとしては、上述したものの他に、同社製FK5、F
C5、FSXIOlFCDl 0等がある。
第2図(b)に示される導波路型の干渉計では、導波路
を構成している低屈折率部21及び高屈折率部22を上
述のような光学媒質から形成し、高屈折率部22の両端
面に適当な反射膜23.24を設けている。
第2図(C)に示されるファイバ型の光干渉計では、コ
ア31及びクラッド32からなる所定長さの光ファイバ
を上述したような光学媒質から形成し、その両端面に反
射膜33.34を設け、スプライシング等の技術により
光伝送路としての光ファイバ35.36と接続している
。これら導波路型又はファイバ型の光干渉計にあっても
、バルク型と同様に温度変化に対する干渉スペクトルの
周波数軸上でのずれを防止することができる。
第3図は、LDの発振周波数を、ファブリペロ干渉計の
干渉スペクトルにおける所定強度を与える周波数に一致
するようにしたLDの発振周波数安定化装置のブロック
図である。バイアス回路41により駆動されるLD42
の出射光は、光カプラ43で概略三等分されて、一方は
直接第1の受光器44に入射され、他方はファブリペロ
干渉計45を介して第2の受光器46に入射される。第
1及び第2の受光器44.46の出力は除算器47に入
力され、その出力電圧v0 は、比較器48において基
準電源49からの電圧出力V、と比較される。そして、
比較器48の出力信号に基づいてPID制御回路50に
よりLD42の駆動電流がフィードバック制御される。
第4図は、除算器の出力Vo とLD42の発振周波数
との関係を示すグラフである。この干渉スペクトルは、
上述したファブリペロ光干渉計の構成により極めて再現
性良く得ることができるから、スペクトルピークの肩P
に発振周波数を安定化すべく基準電源49の電圧出力V
s を設定することにより、LD42の発振周波数をV
s に対応したf、に安定化することができる。
第5図はLDの発振周波数を、干渉スペクトルのピーク
強度を与える周波数と一致するようにしたLDの発振周
波数安定化装置のブロック図である。駆動回路61によ
り駆動されているLD62の出射光は、伝送情報のビッ
トレートよりも充分に低い周波数fで発振する発振器6
3の出力信号により周波数変調され、この周波数変調光
は、ファブリペロ干渉計64を介して受光器65により
受光されている。そして、周波数変調に応じた受光レベ
ルの変化は、ロックインアンプ66に右いて発振器63
からの分岐出力により同期検波され、その検波出力に基
づいたPID制御回路67の動作により、駆動回路61
がフィードバック制御されるようになっている。
第6図において、71で示されるのは、ファブリペロ干
渉計64の干渉スペクトルであり、72で示されるのは
その一次微分曲線、即ちロックインアンプ66の出力特
性である。このように、LDを周波数変調するとともに
これにともなう受光レベルの変化を同期検波することに
より、−次微分曲線72のリニアな部分を用いて周波数
弁別を行うことができるので、LD62の発振周波数を
フィードバック制御することができる。
上述した光学媒質を用いてファブリペロ干渉計を構成す
ることで、第3図乃至第6図に示される実施例において
従来と同様の温度制御を行ったときに、LDの発振周波
数の安定度を一桁以上高めることができた。
ところで、第2図に示されるようなファブリペロ干渉計
を実際に使用する場合、これらの干渉計が大気中に開放
されていると大気圧変動により共振器の光路長変化を生
じることになる。このため、干渉計を気密封止するとと
もにその内部の気圧を一定に保つことで、安定度をさら
に高めることが可能になる。
以上の実施例においては、特にLDの発振周波数安定化
装置におけるファブリペロ干渉計について説明したが、
同装置におけるリング干渉計についても本発明は有効で
ある。又、本発明をマツノ\ツエンダ型光干渉計に適用
することによって、例えば第8図(従来例図)に示され
る光合分波器102の通過帯域特性を温度変化に対して
極めて安定なものとすることができる。
発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、温度変化による
干渉スペクトルの変化が著しくない光干渉計を提供する
ことが可能になるという効果を奏する。又、この光干渉
計を使用してLDの発振周波数を安定化する場合には、
高い周波数安定度を得ることが可能になるという効果も
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明の実施例図であって、ファブリペロ干渉
計の具体的構成例を示す図、 第3図は本発明の実施例を示すLDの発振周波数安定化
装置のブロック図、 第4図は第3図に示される装置の動作説明図、第5図は
本発明の他の実施例を示すLDの発振周波数安定化装置
のブロック図、 第6図は第5図に示される装置の動作説明図、第7図乃
至第11図は従来技術を説明するための図である。 1.42.62・・・LD(半導体レーザ)、2・・・
光干渉計、 3.44,46.65・・・受光器、 45.64・・・ファブリペロ干渉計。 (b) 1≦塔 9月のカ一種口 第1図 亥方2イゲIj  図 (光干千亥ヤ)第2図 第3図 第4図 81−a、b、c  −光m(L二(:二M−85、8
6:  光受偵橡゛ イメ〔、米  イf+J    図 第7図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)温度変化に対する屈折率の変化の係数が負の値で
    ある光学媒質を用いて構成されることを特徴とする光干
    渉計。
  2. (2)半導体レーザ(1)からの光を請求項1記載の光
    干渉計(2)に入力し、 この光干渉計(2)で干渉して出力された光を受光器(
    3)で受光し、 上記半導体レーザ(1)の発振周波数が上記光干渉計(
    2)の干渉スペクトル(4)のピーク強度(5)又は所
    定強度(6)を与える周波数と一致するように制御する
    ことを特徴とする半導体レーザの発振周波数安定化方法
JP63228525A 1988-09-14 1988-09-14 半導体レーザの発振周波数安定化方法及び装置 Expired - Fee Related JP2564622B2 (ja)

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